Cómo se extraen los metales: procesos, repercusiones y retos de futuro

La extracción de metales es un gran negocio mundial, que genera 2,5 millones de puestos de trabajo, según el World Bank. Sólo en Estados Unidos, las más de 600 minas producen más de 75.000 millones de dólares en minerales anualmente, de los que el cobre, el níquel y el zinc suponen el 40% de la producción mundial. De hecho, es una actividad que explica la historia del mundo, porque es una actividad económica que ha permitido el desarrollo de muchos países. La minería ha proporcionado los recursos necesarios para la construcción de infraestructuras, el desarrollo de la industria y el comercio que tenemos hoy en día, ya que los metales se utilizan en todo, desde la construcción hasta la electrónica. Pero ¿cómo se extraen los metales? ¿Cuáles son los principales retos que enfrenta esta actividad para el futuro? En este post damos algunas claves.

La metalurgia es la ciencia y la tecnología de los metales. Incluye los procesos de extracción de metales de sus minerales, purificación y aleación de metales, y creación de metales y aleaciones con las propiedades físicas y químicas deseadas. Dentro de estos procesos, la extracción de metales de sus minerales se llama minería, por ejemplo, la extracción del hierro del mineral del hierro.

Técnicas de extracción de metales

Las técnicas más comunes para la extracción de metales de sus minerales son: la pirometalurgia, la hidrometalurgia y la electrometalurgia.

Pirometalurgia

Se trata de un proceso que utiliza altas temperaturas para convertir minerales en metales. Se utiliza para extraer una variedad de metales de sus minerales, incluidos cobre, níquel, hierro y plomo.

Existen diferentes operaciones dentro de la metalurgia. Una sucesión habitual consiste en tostar el mineral, lo que implica calentarlo en el aire para convertirlo en un óxido mediante la reacción de un sulfuro con el oxígeno del aire, reducir el óxido con un agente reductor, que puede ser gas, líquido o sólido, y finalmente extraer el metal del compuesto resultante, que se puede refinar aún más utilizando una variedad de métodos, como electrólisis en disolución acuosa, descomposición térmica o fusión por zonas.

Hidrometalurgia

Es un proceso que utiliza soluciones acuosas para extraer metales de sus minerales. Los metales que se pueden extraer por hidrometalurgia incluyen cobre, uranio y oro.

Los pasos de la hidrometalurgia suelen ser: triturado del material y molienda para obtener un polvo fino, mezcla con agua y productos químicos para crear una lechada (líquido que tiene en suspensión cuerpos insolubles muy divididos), bombeo de los cuerpos insolubles mediante un tanque de lixivación donde se mezcla con más productos químicos que eliminan impurezas, extracción por solvente de esta suspensión lixiviada hasta obtener una solución rica en metales que se depositan después en electrodos para purificarlos.

Electrometalurgia

Consiste en utilizar corriente eléctrica para promover una reacción química entre el metal y el minera. Los metales extraídos por electrometalurgia son zinc, cadmio, níquel, plomo, cobre y cobalto.

El proceso se divide en tres etapas principales: electrodeposición, en la que se aplica una corriente eléctrica entre dos electrodos sumergidos en una solución de minerales que promueve la deposición de metal en uno de los electrodos, llamado cátodo, reducción, donde el metal depositado en el cátodo se reduce a su estado elemental, resultado de aplicar una corriente eléctrica entre el cátodo y un segundo electrodo llamado ánodo, y purificación, en la que el metal reducido se purifica mediante un proceso conocido como electrolisis (se disuelve en una solución de ácido y se aplica una corriente eléctrica para separar el metal del ácido).

¿Cómo se extraen los metales más usados del mundo?

Ya hemos dado una pincelada a los procesos de extracción más comunes en metales. Pero quizá nos preguntemos cómo funcionan los que aplican a dos de los metales más usados del mundo: el hierro, el aluminio y el cobre. Cada uno tiene sus particularidades, que explicaremos a continuación.

¿Cómo se extrae el hierro?

• 1. El primer paso en el proceso de extracción de hierro es la reducción de carbono. Los minerales de hierro generalmente se encuentran en forma de hematita (Fe2O3) o magnetita (Fe3O4). La hematita suele ser roja, mientras que la magnetita es negra. Para reducir cualquiera de los minerales, se debe introducir carbono en el sistema como agente reductor. Los agentes reductores más comunes utilizados en la extracción de hierro son el coque (C), el carbón vegetal (C) y el gas natural (CH4).
• 2. El próximo paso en el proceso es la reducción del mineral de hierro. El agente reductor se alimenta al alto horno desde la parte superior, mientras que el mineral de hierro se alimenta desde la parte inferior. El calor del carbón quemado reduce químicamente el mineral de hierro, lo que resulta en hierro puro (Fe) y dióxido de carbono (CO2).
• 3. El paso final del proceso es la eliminación de las impurezas del hierro. Para lograr esto, el hierro se vierte en un recipiente llamado convertidor. El convertidor está lleno de piedra caliza (CaCO3) y se le inyecta aire caliente. La piedra caliza reacciona con las impurezas, quitándolas del hierro. El resultado es hierro puro y escoria (residuos).

¿Cómo se extrae el aluminio?

No es la primera vez que explicamos cómo se extrae la bauxita para la producción de aluminio. En el post de aleaciones de aluminio, por ejemplo, ya introdujimos los procesos que integran esta actividad. Lo recordamos aquí:

Proceso Hall-Héroult

El proceso más común para extraer aluminio es el proceso Hall-Héroult, que involucra la electrolisis. En este proceso, la alúmina (óxido de aluminio) se disuelve en un electrolito (generalmente criolita) y luego se coloca entre electrodos en una celda electrólisis. Cuando se pasa una corriente eléctrica a través de la celda, los iones de aluminio en la alúmina se reducen en el cátodo y se depositan en el electrodo, mientras que los iones de oxígeno se oxidan en el ánodo y se combinan con el electrolito.

Proceso Bayer

Otro proceso para extraer el aluminio es el proceso Bayer, que involucra la digestión química. En este proceso, la alúmina se disuelve en una solución de soda cáustica y luego se filtra para eliminar impurezas. La solución resultante se enfría y se siembra con hidróxido de aluminio, que se precipita fuera de la solución y se recolecta.

¿Cómo se extrae el cobre?

El proceso de extracción de cobre más común se conoce como pirometalurgia o fundición, del que ya hemos hablado más arriba en este post. En la fundición, el mineral de cobre se calienta en un horno hasta que alcanza una temperatura alta (más de 1.000ºC). A esta temperatura, el mineral se descompone en un líquido fundido y un material de desecho sólido conocido como escoria. Luego, el cobre fundido se vierte en un molde para que se enfríe y solidifique.

El cobre también se extrae por hidrometalurgia. En éste, el mineral de cobre primero se tritura y luego se lixivia con ácido sulfúrico. Luego, la solución resultante se trata con un solvente para extraer el cobre. La solución rica en cobre luego se trata con un químico para precipitar el cobre fuera de la solución. A continuación, el cobre se filtra y se seca.

Una actividad con repercusiones medioambientales y económicas

Como hemos podido ver hasta ahora, los procesos y tecnologías propios de la industria metalúrgica son altamente dependientes de la energía, por ejemplo, en la generación de elevadas temperaturas o en el transporte, algo que la hace una de las más intensivas en uso de energía del planeta. Este, entre otros factores, revierte en los costes de la obtención materias primas, siendo uno de los principales problemas de futuro de este sector. Además, la industria tiene el reto de reducir las emisiones de dióxido de carbono, dióxido de azufre y otros contaminantes involucrados en el uso de altas temperaturas durante la extracción de metales.

La metalurgia y los SDGs

De hecho, existe la paradoja de que la transición energética hacia un menor uso de energía y que ésta sea más limpia requiere tecnologías que precisan del uso de metales como el acero, en el caso de los molinos de viento, las presas hidroeléctricas o las plantas de energía geotérmica, o como el silicio y el cobre, en el caso de las células fotovoltaicas, que a su vez necesitan generar altas temperaturas y generar grandes cantidades de energía, como explicamos en este post sobre la sostenibilidad del acero.

En este sentido, es probable que la industria metalúrgica se vea afectada por varios de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (en inglés, SDGs o Sustainable Development Goals), incluido el Objetivo 7 (Garantizar el acceso a energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todos), el Objetivo 8 (Promover el crecimiento económico sostenido, inclusivo y sostenible, el empleo pleno y productivo y trabajo decente para todos), el Objetivo 9 (Construir infraestructura resiliente, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación) y el Objetivo 12 (Garantizar patrones de consumo y producción sostenibles).

• Por ejemplo, en relación al Objetivo 7, la industria metalúrgica deberá encontrar formas de reducir su dependencia de los combustibles fósiles y aumentar su uso de fuentes de energía renovables, y a su vez, como hemos apuntado, es clave en la consecución de este objetivo en el resto de sectores.
• En el caso del Objetivo 8, el sector del metal deberá encontrar formas de promover el crecimiento económico sostenible al tiempo que garantiza el empleo pleno y productivo para todos los trabajadores. Esto puede incluir invertir en tecnologías y prácticas ecológicas, desarrollar nuevos productos y servicios que aborden los desafíos ambientales y sociales y promover condiciones de trabajo justas, especialmente en países en los que se extraen buena parte de los metales, como China, India, Brasil o Rusia, aunque también países pertenecientes al bloque más privilegiado, como Estados Unidos, Australia o Canadá.
• Los cambios que puede suponer lograr el Objetivo 9 pasan porque la industria metalúrgica se vuelva más eficiente y sostenible, promoviendo cambios en la forma en que se producen, procesan y utilizan los metales.
• En el caso del Objetivo 12, su implementación varía mucho según el contexto específico y las circunstancias de la industria metalúrgica, pero algunos cambios potenciales que podrían ocurrir para conseguirlo incluyen un aumento en el reciclaje y la reutilización de metales, un uso más eficiente de la energía y los recursos, y el desarrollo de nuevas tecnologías y procesos para reducir las emisiones y los desechos.

Ferros Planes, comprometidos con los retos de futuro de la metalurgia

En Planes trabajamos para incorporar los cambios que los SDGs esperan de nuestra industria, y somos proveedores de materias transformadas para aplicaciones como las energías limpias, como la solar, la eólica o la hidroeléctrica.